KR20220091925A - 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법 - Google Patents

시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법 Download PDF

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KR20220091925A
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shift control
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sickle
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김화진
성수민
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(주) 모토텍
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Abstract

본 발명은 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법에 관한 것으로서, 상위 제어기로부터 파킹 또는 낫 파킹 동작을 포함하는 액트 동작 신호를 수신하면, 상기 시프트 제어 시스템은 해당 액트 동작을 수행하는 단계, 상기 시프트 제어 시스템은 해당 동작이 완료되지 않은 상태에서 모터에서 소비되는 전류 소모량이 증가하면 스턱 상태로 판단하고, 해당 액트 동작에 대한 출력을 정지하는 단계 및 상기 시프트 제어 시스템은 스턱 상태에서 상기 전류 소모량이 감소하면 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 시프트 제어 시스템에서 스턱 상태를 판단하고 해제시킴으로써, 고장 상태를 조기에 파악하고 과다한 정비를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법 {Method for determining and releasing stuck state in shift control system}
본 발명은 엑츄에이터(actuator)를 통해 자동 변속기의 시프트 레인지(Shift range)를 전환하는 시프트 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시프트 제어 시스템에서 스턱(stuck) 상태를 판단하고 해제하는 알고리즘에 관한 것이다.
종래 운전자에 의한 시프트 레버(shift lever)의 조작에 따라, 전기 제어 하에서 차량의 자동 변속기의 시프트 레인지를 전환하는 시프트 제어 시스템이 있다.
이와 같은 시프트 제어 시스템은, 파워-오프 된 후 다시 파워가 인가될 때, 엑츄에이터의 절대 위치를 파악하기 위해 다양한 방법이 제안되어 왔다. 예를 들어, 파워-오프에 앞서 자동 변속기의 시프트 레인지 뿐만 아니라 엑츄에이터의 회전 위치를 비휘발성 메모리에 저장하는 방식이나, 또는 매뉴얼 밸브를 정확히 위치시키도록 엑츄에이터의 구동량을 나타내는 전위차계(potentiometer)의 값을 사용하는 시프트-바이-와이어(Shift by wire, SBW) 시스템이 제안된 바 있다.
이러한 시프트 제어 시스템에서 인코더를 통한 상대적인 회전량으로는 정확한 초기 위치를 습득할 수 없고, 정확한 초기 위치를 설정하지 못하면 엑츄에이터의 회전 시에 마모가 발생되므로, 내구성을 악화 시키고 정상적인 동작이 불가능해질 수도 있는 문제점이 있다. 따라서 초기 위치 검출을 통한 기준 위치 설정이 반드시 필요하다. 또한, 차량의 자동 변속기에서 차량을 파킹(parking)하기 위한 파킹 레인지인 P 레인지(range)와, 파킹 레인지를 제외한 레인지인 낫(Not) P 레인지로 시프트 레인지가 구분되어 있다. 종래에는 이러한 시프트 레인지를 인식하기 위하여 별도의 감지센서 등을 시프트 레인지 영역에 구비하는 구조였으나, 추가적인 비용이 발생하고, 엔진룸의 온도, 습도 등으로 인해 감지센서 등이 쉽게 열화된다는 문제점이 있다.
종래 SBW 시스템에서 파킹(Parking) 또는 낫 파킹(Not parking) 상태로 액트(act) 제어 중에 스턱(Stuck) 상태가 발생할 수 있고, 스턱 상태를 해제하기 위하여 기어 뭉치를 해제하는 등의 과다한 정비로 인한 문제가 대두되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0220070호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, SBW 시스템에서 스턱 상태를 판단하고, 스턱 상태를 해제하는 알고리즘을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법에 관한 것으로서, 상위 제어기로부터 파킹 또는 낫 파킹 동작을 포함하는 액트 동작 신호를 수신하면, 상기 시프트 제어 시스템은 해당 액트 동작을 수행하는 단계, 상기 시프트 제어 시스템은 해당 동작이 완료되지 않은 상태에서 모터에서 소비되는 전류 소모량이 증가하면 스턱 상태로 판단하고, 해당 액트 동작에 대한 출력을 정지하는 단계 및 상기 시프트 제어 시스템은 스턱 상태에서 상기 전류 소모량이 감소하면 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
상기 시프트 제어 시스템은 상기 스턱 상태로 판단함에 있어서, 상위 제어기로부터 수신한 액트 동작 신호가 파킹 신호이면, 롤러를 파킹 방향으로 이동시키는 액트 동작을 수행하는 단계, 파킹 동작 중에 롤러가 파킹 위치에 도달하지 않은 상태에서, 파킹 동작이 개시된 이후 미리 정해진 제1시간을 초과하고, 모터에서 소비되는 전류인 모터 소비 전류가 제1기준치 이상이면, 스턱 상태로 판단하고 파킹 동작에 대한 출력을 정지하는 단계, 상위 제어기로부터 수신한 액트 동작 신호가 낫 파킹 신호이면, 롤러를 낫 파킹 방향으로 이동시키는 액트 동작을 수행하는 단계 및 낫 파킹 동작 중에 롤러가 낫 파킹 위치에 도달하지 않은 상태에서, 낫 파킹 동작이 개시된 이후 미리 정해진 제1시간을 초과하고, 모터에서 소비되는 전류인 모터 소비 전류가 제1기준치 이상이면, 스턱 상태로 판단하고 낫 파킹 동작에 대한 출력을 정지하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 시프트 제어 시스템은 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하는 단계에서, 파킹 동작 중에 발생한 스턱인 경우, 미리 정해진 제2시간 동안 롤러를 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 수행하는 단계, 낫 파킹 동작 중에 발생한 스턱인 경우, 미리 정해진 제2시간 동안 롤러를 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 수행하는 단계 및 해제 동작을 수행하는 동안 측정된 모터 최대 소비 전류 값이 미리 정해진 제2기준치 미만이면 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 스턱 상태가 유지되는 것으로 판단하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 해제 동작을 수행하는 중에 제2시간을 초과하면, 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작의 경우 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 제2시간 동안 수행하고, 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작의 경우 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 제2시간 동안 수행하고, 이러한 과정을 미리 정해진 제3시간 동안 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제3시간을 초과할 때까지 상기 모터 최대 소비 전류 값이 미리 정해진 제2기준치 이상이면 스턱 상태 해제에 실패한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명에 의하면, 시프트 제어 시스템에서 스턱 상태를 판단하고 해제시킴으로써, 고장 상태를 조기에 파악하고 과다한 정비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 시프트 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 디텐트 플레이트의 전체적인 외관을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 디텐트 플레이트 부분의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템의 동작에 따른 인코더 입력 시간을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 레인지 전환 과정을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시프트 제어 시스템의 동작에 따른 인코더 입력 시간을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지수단의 입력 파형을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서의 상세한 스턱 상태 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 상세한 스턱 상태 해제 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 스턱 상태 시 동작 타이밍을 도시한 것이다.
본 명세서에서 개시된 실시 예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시에서 제안하고자 하는 실시 예는 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 실시 예들의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시 예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 개시된 실시 예들의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 상세한 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 엑츄에이터(actuator)를 통해 복수의 연속하는 시프트 레인지 중에 어느 하나의 시프트 레인지로 전환하는 시프트 제어 시스템에서의 스턱(Stuck) 상태를 판단하고 해제하는 방법에 대한 것이다.
본 발명에 대한 일 실시예로, 시프트 레인지(shift range) 중에서 파킹(parking)을 위한 파킹 레인지인 P 레인지(P range)와, 파킹 레인지를 제외한 레인지인 낫 P 레인지(Not P range)를 예시하여 설명하기로 한다.
도 1은 시프트 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 시프트 제어 장치(48)는 엑츄에이터(42)에 의해 회전하는 샤프트(102), 샤프트(102)의 회전에 따라 회전하는 디텐트 플레이트(100), 디텐트 플레이트(100)의 회전에 따라 동작하는 로드(104), 변속기(도시되지 않음)의 출력축에 고정된 파킹 기어(108), 파킹 기어(108)를 로킹(Locking)하기 위한 파킹 로크 폴(106), 디텐트 스프링(110), 디텐트 플레이트(100)의 회전을 제한하고 시프트 레인지를 고정하는 롤러(112)를 포함한다.
디텐트 플레이트(100)는 시프트 레인지를 전환하기 위해 엑츄에이터(42)에 의해 구동되는 시프트 수단으로서 기능한다. 그리고, 샤프트(102), 디텐트 플레이트(100), 로드(104), 디텐트 스프링(110), 롤러(112)는 시프트 스위칭 기구로서 기능한다. 또한, 감지수단(46)은 엑츄에이터(42)의 회전량에 따라 카운트 값을 획득하는 카운트 수단으로서 기능한다. 본 발명의 일 실시예에서 감지수단(46)은 홀 센서(Hall sensor)로 구현될 수 있다.
도 1은 현재 낫 P 레인지에서 시프트 레인지의 상태를 나타낸다. 이 상태에서, 파킹 로크 폴(106)은 파킹 기어(108)를 로킹하지 않기 때문에, 차량의 구동축의 회전이 방해받지 않는다. 이 상태로부터 시작해서, 로드(104)가 화살표 A에 의해 표시된 방향으로 디텐트 플레이트(100)를 거쳐 밀어 올려지도록, 엑츄에이터(42)가 시계 방향으로 회전하면서 샤프트(102)를 회전시키고, 파킹 로크 폴(106)은 화살표 B에 의해 표시된 방향으로 로드(104) 끝의 테이퍼 부(Tapered portion)에 의해 밀어진다. 디텐트 플레이트(100)가 회전함에 따라, 디텐트 플레이트(100)의 상부의 함몰들 중 하나에 위치한, 낫 P 레인지 위치(120)에 위치되는 디텐트 스프링(110)의 롤러(112)가 크레스트(crest)(122)를 넘고, 다시 함몰하여 P 레인지 위치로 내려간다. 롤러(112)는 축 방향으로 회전 가능한 구조로 디텐트 스프링(110)에 제공된다.
롤러(112)가 P 레인지 위치(124)로 이동을 허용할 정도로 디텐트 스프링(110)이 회전할 때, 파킹 로크 폴(106)은 파킹 기어(108)와 맞물리는 위치로 밀어 올려진다. 이런 식으로, 차량의 구동축이 기계적으로 고정되고, 시프트 레인지가 P 레인지로 전환된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 디텐트 플레이트의 전체적인 외관을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 디텐트 플레이트(100)의 함몰의 하부로부터 연장된 각 함몰의 두 표면 중, 크레스트(122)로부터 떨어져 위치한 표면을 "벽"이라고 한다. 즉, 크레스트(122)를 넘은 롤러(112)가 함몰의 하부로 하강할 때, 디텐트 스프링(110)의 롤러(112)에 대해 부딪치는 위치에 벽이 나타난다. P 레인지 위치(124)의 벽은 "P 벽"이라고 하고, 낫 P 레인지 위치(120)의 벽은 "낫 P 벽"이라고 한다.
본 발명에서 P 레인지(124) 영역에서 외부쪽 벽을 제1벽(201)이라 하고, 크레스트(122)쪽 벽을 제2벽(202)이라 하고, 낫 P 레인지(120) 영역에서 크레스트(122)쪽 벽을 제3벽(203)이라 하고, 외부쪽 벽을 제4벽(204)이라 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1, 도 2 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템은 엑츄에이터(42), 감지수단(46), 전자 제어부(Electronic Control Unit, ECU)(40), P 스위치(20), 시프트 제어 장치(48)를 포함한다.
P 스위치(20)는 P 레인지와 낫 P 레인지 사이에서 시프트 레인지를 전환하기 위해 사용되고, 운전자로부터 지령을 수신하는 입력 유닛뿐만 아니라 운전자에게 스위치의 상태를 나타내는 표시기를 포함한다. 운전자는 P 스위치(20)를 통해 P 레인지로 시프트 레인지를 전환하는 지령을 입력할 수 있다.
감지수단(46)은 엑츄에이터(42)의 회전량에 따른 카운트 값을 감지한다. 본 발명의 일 실시예에서 감지수단(46)은 홀센서(hall sensor)로 구현될 수 있다.
샤프트(102)는 엑츄에이터(42)에 의해 회전한다.
디텐트 플레이트(100)는 돌출된 크레스트(122)를 경계로 함몰된 부분인 시프트 레인지(120, 124)가 위치하고, 각 시프트 레인지(120, 124)에서 벽(201, 202, 203, 204)을 포함하고 있으며, 샤프트(102)의 회전에 따라 회전한다.
롤러(112)는 디텐트 플레이트(100)의 회전을 제한하고, 디텐트 플레이트(100)에 구비되어 있는 시프트 레인지(120, 124)를 고정시키는 역할을 한다.
전자 제어부(40)는 시프트 레인지를 전환하기 위해 엑츄에이터(42)를 구동시키고, 감지수단에서 감지된 카운트 값을 이용하여 현재 롤러(112)의 위치가 P 레인지와 낫 P 레인지 중에서 어느 영역에 있는지 판단할 수 있다.
본 발명에서 전자 제어부(40)는 샤프트(102)가 좌측으로 회전하고 카운트 값이 미리 설정된 제1 기준값 범위에 해당하고, 샤프트(102)가 우측으로 회전하고 카운트 값이 미리 설정된 제2 기준값 범위에 해당하면, 롤러(112)의 위치가 P 레인지에 있는 것으로 판단한다.
전자 제어부(40)는 샤프트(102)가 좌측으로 회전하고 카운트 값이 미리 설정된 제3 기준값 범위에 해당하고, 샤프트(102)가 우측으로 회전하고 카운트 값이 미리 설정된 제4 기준값 범위에 해당하면, 롤러(112)의 위치가 낫 P 레인지에 있는 것으로 판단한다.
그리고, 전자 제어부(40)는 시프트 레인지를 전환하기 위해 엑츄에이터(42)를 구동시키고, 엑츄에이터(42)의 구동에 따른 감지수단(46)의 입력 시간을 측정하고, 감지수단(46)의 입력 시간의 변화를 측정하여, 롤러(112)가 해당 시프트 레인지의 벽에 도달했는지 여부를 검출하고, 롤러(112)가 해당 시프트 레인지의 벽에 도달한 것을 검출하면, 이때의 롤러(112)의 위치를 확인하고, 롤러(112)를 벽으로부터 이격되도록 하고, 벽에서부터 현재 롤러(112)의 위치까지의 거리를 계산하여 초기 위치를 산출할 수 있다.
본 발명에서 엑츄에이터(42)는 SR(Switched Reluctance) 모터를 포함하여 구성될 수 있고, 전자 제어부(40)로부터의 지령에 응답해서 시프트 제어 장치(48)를 구동한다. 감지수단(46)은 SR 모터의 회전 상태를 검출하기 위해 엑츄에이터(42)와 함께 회전한다. 전자 제어부(40)는 SR 모터의 회전 상태를 알기 위해 감지수단(46)으로부터 출력된 신호들을 수신하고, 이를 이용하여 SR 모터를 구동하기 위한 통전 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 전자 제어부(40)는 감지수단(46)으로부터 신호가 입력되는 시간이 미리 정해진 제1 기준치 이상으로 증가하면, 롤러(112)가 해당 시프트 레인지의 벽에 도달한 것으로 검출할 수 있다.
또는, 본 발명의 다른 실시예에서 전자 제어부(40)는 감지수단(46)으로부터 신호가 입력되는 시간의 증가율의 순간 기울기 값이 미리 정해진 제2 기준치 이상이 되면, 롤러(112)가 해당 시프트 레인지의 벽에 도달한 것으로 검출할 수 있다.
본 발명에서 롤러(112)가 P 레인지(124)로부터 낫 P 레인지(120)로 이동할 때, 전자 제어부(40)는 낫 P 벽이 롤러(112)에 대해 부딪히지 않도록 엑츄에이터(42)를 제어할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지 방식으로 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 디텐트 플레이트 부분의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 디텐트 플레이트(100)는 외부쪽 벽인 제1벽(201)과 크레스트(122)쪽 벽인 제2벽(202)을 포함하는 P 레인지(124) 영역과, 크레스트(122)쪽 벽인 제3벽(203)과 외부쪽 벽인 제4벽(204)을 포함하는 낫 P 레인지(120) 영역이 구비되어 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에서 바닥면을 기준으로, 제1벽(201)이 기울어진 각도를 제1각(301)이라 하고, 제2벽(202)이 기울어진 각도를 제2각(302)이라 하고, 제3벽(203)이 기울어진 각도를 제3각(303)이라 하고, 제4벽(204)이 기울어진 각도를 제4각(304)이라 할 때, 디텐트 플레이트(100)는 제1각(301), 제2각(302), 제3각(303), 제4각(304)의 순으로 각도의 크기가 작아지는 구조로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1각(301)이 80°, 제2각(302)이 70°, 제3각(303)이 60°, 제4각(304)이 40°로 형성될 수 있다.
본 발명에서 감지수단(46)은 제1각(301), 제2각(302), 제3각(303), 제4각(304)의 각도의 크기에 반비례하여 카운트 값을 출력한다. 제1각(301), 제2각(302), 제3각(303), 제4각(304)에서 각도가 클수록 롤러(112)가 벽에 부딪히면서 저항하는 힘인 반발력이 커지게 되고, 이에 따라 샤프트(102)에도 저항력이 전달되면서 회전력이 감소하므로, 감지수단(46)에서 제1각(301), 제2각(302), 제3각(303), 제4각(304)의 각도의 크기에 반비례하여 카운트 값을 출력하는 것은 시프트 제어 시스템의 구조상 당연한 결과이다.
디텐트 플레이트(100)가 제1각(301), 제2각(302), 제3각(303), 제4각(304)의 순으로 각도의 크기가 작아지는 구조에서, 제1 기준값 범위보다 제2 기준값 범위가 더 큰 값을 갖고, 제2 기준값 범위보다 제3 기준값 범위가 더 큰 값을 갖고, 제3 기준값 범위보다 제4 기준값 범위가 더 큰 값을 갖는 것으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1각(301)이 80°, 제2각(302)이 70°, 제3각(303)이 60°, 제4각(304)이 40°로 형성된 구조에서, 롤러(112)가 A에서 A1 위치로 이동하면서 제1벽(201)에 부딪히는 경우에 제1 기준값 범위를 30~35로 설정하고, 롤러(112)가 A에서 A2 위치로 이동하면서 제2벽(202)에 부딪히는 경우에 제2 기준값 범위를 36~40으로 설정하고, 롤러(112)가 B에서 B1 위치로 이동하면서 제3벽(203)에 부딪히는 경우에 제3 기준값 범위를 41~45로 설정하고, 롤러(112)가 B에서 B2 위치로 이동하면서 제4벽(204)에 부딪히는 경우에 제4 기준값 범위를 46~50으로 설정할 수 있다.
예를 들어, 샤프트(102)가 좌측으로 회전하고 카운트 값이 31이고, 샤프트(102)가 우측으로 회전하고 카운트 값이 38이면, 전자 제어부(40)는 롤러(112)의 위치가 P 레인지(124)에 있는 것으로 판단한다.
그리고, 샤프트(102)가 좌측으로 회전하고 카운트 값이 44이고, 샤프트(102)가 우측으로 회전하고 카운트 값이 49이면, 전자 제어부(40)는 롤러(112)의 위치가 낫 P 레인지(120)에 있는 것으로 판단한다.
본 발명의 일 실시예에서 시프트 제어 시스템은 특정 벽의 마모 여부를 판단하는 기능인 고장 진단 기능을 제공할 수 있다. 이를 위하여, 시프트 제어 시스템은 에러 메시지를 표출하는 표시부와 경보음을 출력하는 경보부를 더 포함할 수 있다.
이때, 전자 제어부(40)는 롤러(112)가 제1벽(201) 쪽에 위치할 때, 카운트 값이 미리 정해진 제1 임계치를 초과하는 경우, 제1벽(201)이 마모가 된 것으로 판단하고, 표시부를 통해 에러 메시지를 표출하고, 경보부를 통해 경보음을 출력할 수 있다.
그리고, 전자 제어부(40)는 롤러(112)가 제2벽(202) 쪽에 위치할 때, 카운트 값이 미리 정해진 제2 임계치를 초과하는 경우, 제2벽(202)이 마모가 된 것으로 판단하고, 표시부를 통해 에러 메시지를 표출하고, 경보부를 통해 경보음을 출력할 수 있다.
그리고, 전자 제어부(40)는 롤러(112)가 제3벽(203) 쪽에 위치할 때, 카운트 값이 미리 정해진 제3 임계치를 초과하는 경우, 제3벽(203)이 마모가 된 것으로 판단하고, 표시부를 통해 에러 메시지를 표출하고, 경보부를 통해 경보음을 출력할 수 있다.
그리고, 전자 제어부(40)는 롤러(112)가 제4벽(204) 쪽에 위치할 때, 카운트 값이 미리 정해진 제4 임계치를 초과하는 경우, 제4벽(204)이 마모가 된 것으로 판단하고, 표시부를 통해 에러 메시지를 표출하고, 경보부를 통해 경보음을 출력할 수 있다.
예를 들어, 제1 임계치가 20이라고 가정하면, 전자 제어부(40)는 롤러(112)가 제1벽(201) 쪽에 위치할 때, 카운트 값이 20을 초과하면, 제1벽(201)이 마모된 것으로 판단하고, 표시부를 통해 에러 메시지를 표출하고, 경보부를 통해 경보음을 출력할 수 있다. 보통 SBW(Shift by wire) 방식의 기어 특성 상, 제1벽(201)과 제4벽(204)이 가장 많이 마모가 될 것으로 예상된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템의 동작에 따른 인코더 입력 시간을 나타낸 그래프이다.
도 4에서는 세 개의 감지수단이 구비되고, 엑츄에이터(42)의 구동에 따라 롤러(112)가 P 레인지(124)에서 제1벽(201) 쪽으로 이동하게 되는 경우를 실험한 결과를 나타낸 것이다.
도 4에서 A, B, C, 세 개의 감지수단의 입력 파형과, 인코더 입력 시간 그래프가 도시되어 있으며, 롤러(112)가 P 레인지(124)에 있을 때에는 감지수단 입력 시간이 2ms인데, 롤러(112)가 제1벽(201)에 근접할수록 감지수단 입력 시간이 증가하고, 제1벽(201) 충돌 시 감지수단 입력 시간이 4ms로 증가한 것을 확인할 수 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에서는 감지수단 입력 시간이 제1 기준치 이상 증가한 경우, 롤러(112)가 제1벽(201)에 충돌한 것을 검출하고, 제1벽(201)을 검출하고 나면, 사전에 계산된 감지수단 카운트 값만큼 보정을 실시하여 P 레인지 기준 위치를 검출할 수 있다.
도 4는 롤러(112)가 P 레인지(124)에 있는 경우를 예시한 것이나, 롤러(112)가 낫 P 레인지(120)에 있는 경우도 마찬가지 방식으로 제4벽(204)을 검출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감지수단의 입력 파형을 보여주는 도면이다.
먼저 일 실시예에 대한 도 7(a)를 참조하면, 액츄에이터(42)가 초기 위치인 P 레인지(124)에서 제1벽(201)으로 이동하는 과정에서 입력되는 감지수단 간의 입력 시간을 측정한 것이다.
액츄에이터(42)가 제1벽(201)에 도달하기 전에는 감지수단 간의 입력 시간이 T1, T2 … Tn과 같이 일정하나, 제1벽(201)에 도달하는 순간 Tn + α과 같이 감지수단 입력 시간이 늘어나게 되며, 이를 통해 제1벽(201)의 위치를 검출할 수 있다.
다음으로 또 다른 일 실시예에 대한 도 7(b)를 참조하면, 액츄에이터(42)가 초기 위치인 P 레인지(124)에서 제1벽(201)으로 이동하는 과정에서 입력되는 감지수단 간의 입력 시간을 측정한 것이다.
액츄에이터(42)가 제1벽(201)에 도달하기 전에는 감지수단 간의 입력 시간이 T1, T2 … Tn과 같이 일정하나, 제1벽(201)에 근접할수록 Tn + α, Tn + β와 같이 감지수단 입력 시간이 늘어난다. 그러다가 제1벽(201)에 도달하는 순간에, 예를 들어 Tn + γ와 같이 감지수단 입력 시간의 증가가 미리 설정된 증가율(단위 시간당 감지수단 입력 시간의 증가가 Tn + γ인 증가율)의 비율로 늘어난 현상이 감지되면, 그러한 감지 결과를 통해 제1벽(200)의 위치를 검출하게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시프트 제어 시스템의 동작에 따른 인코더 입력 시간을 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 롤러(112)가 P 레인지(124)에서 제1벽(201) 쪽으로 이동하면, 경사 때문에 감지수단 입력 시간이 서서히 증가하고, 제1벽(200) 검출 시점에 감지수단 입력 시간이 급격하게 증가하게 된다.
도 6의 실시예에서는 감지수단 입력 시간의 증가율의 순간 기술기(620)가 미리 정해진 제2 기준치(610) 보다 큰 경우, 해당 시점에서 제1벽(201)을 검출하는 방식이다. 이는 롤러(112)가 낫 P 레인지(120)에 있는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 레인지 전환 과정을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에서 P 레인지(124)와 낫 P 레인지(120) 간의 시프트 레인지 전환 시에 PID(Proportional Integral Derivative) 제어를 실시한다.
도 5에서 (a)는 낫 P 레인지(120)에서 P 레인지(124)로 전환하는 것을 나타낸 것이고, (b)는 반대로 P 레인지(124)에서 낫 P 레인지(120)로 전환하는 것을 나타낸 도면이다.
PID 제어는 제어하고자 하는 대상의 출력값(Output)을 측정하여, 이를 원하는 설정값(Setpoint)과 비교하여 오차(Error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 제어 방식이다.
P 레인지(124)와 낫 P 레인지(120) 간의 시프트 레인지 전환을 위한 PID 제어 방식은 아래와 같다.
먼저 PID 제어 파라미터를 구분하면, 출력값은 모터의 구동에 따른 감지수단 카운터의 입력 값(정방향 회전 시 증가, 역방향 회전 시 감소)이고, 설정값은 롤러(112)의 20˚ 이동에 필요한 감지수단 카운터의 목표값(기어비 60:1의 8극 모터의 경우 80회)이고, 제어값은 모터를 구동시키기 위한 PWM 출력 값이고, 오차는 설정값과 출력값의 차이다.
그리고, 레인지 전환 방식은 다음과 같다.
먼저, 낫 P 레인지(120)에서 P 레인지(124)로 전환시, 설정값보다 출력값이 작으면 모터를 정방향으로 회전시키고, 설정값보다 출력값이 크면 모터를 역방향으로 회전시킨다.
그리고, P 레인지(124)에서 낫 P 레인지(120)로 전환시, 설정값보다 출력값이 작으면 모터를 역방향으로 회전시키고, 설정값보다 출력값이 크면 모터를 정방향으로 회전시킨다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법은, 상위 제어기로부터 파킹(Parking) 또는 낫 파킹(Not parking) 동작을 포함하는 액트(ACT) 동작 신호를 수신하면, 시프트 제어 시스템은 해당 액트 동작을 수행한다(S101).
그리고, 시프트 제어 시스템은 해당 동작이 완료되지 않은 상태에서 모터에서 소비되는 전류 소모량이 증가하면 스턱 상태로 판단하고, 해당 액트 동작에 대한 출력을 정지한다(S103, S105, S107).
그리고, 시프트 제어 시스템은 스턱 상태에서 전류 소모량이 감소하면 스턱 상태가 해제된 것으로 판단한다(S109, S111).
본 발명에서 모터에서 소비되는 모터 소비 전류 측정 방법은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(MICROCONTROLLER)와 연결된 모터 드라이버 IC의 모터 소비 전류 출력 값을 ADC(Analog to Digital Convertor)를 통해 확인하는 방식으로 모터 소비 전류를 측정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서의 상세한 스턱 상태 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 시프트 제어 시스템은 상위 제어기로부터 수신한 액트 동작 신호가 파킹 신호이면, 롤러를 파킹 방향으로 이동시키는 액트 동작을 수행한다(S201, S203, S205).
그리고, 파킹 동작 중에 롤러가 파킹 위치에 도달하지 않은 상태에서, 파킹 동작이 개시된 이후 미리 정해진 제1시간을 초과하고, 모터에서 소비되는 전류인 모터 소비 전류가 제1기준치 이상이면, 스턱 상태로 판단하고 파킹 동작에 대한 출력을 정지한다(S207, S209, S211, S213). 예를 들어, 본 발명에서 제1시간은 300ms이고, 제1기준치는 10A로 설정될 수 있다.
또는, 상위 제어기로부터 수신한 액트 동작 신호가 낫 파킹 신호이면, 롤러를 낫 파킹 방향으로 이동시키는 액트 동작을 수행한다(S215, S217).
낫 파킹 동작 중에 롤러가 낫 파킹 위치에 도달하지 않은 상태에서, 낫 파킹 동작이 개시된 이후 미리 정해진 제1시간을 초과하고, 모터에서 소비되는 전류인 모터 소비 전류가 제1기준치 이상이면, 스턱 상태로 판단하고 낫 파킹 동작에 대한 출력을 정지한다(S219, S221, S223, S213).
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 상세한 스턱 상태 해제 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 시프트 제어 시스템은 파킹 동작 중에 발생한 스턱인 경우, 미리 정해진 제2시간 동안 롤러를 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 수행한다(S301, S305). 예를 들어, 본 발명에서 제2시간은 100ms일 수 있다.
낫 파킹 동작 중에 발생한 스턱인 경우, 미리 정해진 제2시간 동안 롤러를 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 수행한다(S303, S311).
해제 동작을 수행하는 동안 측정된 모터 최대 소비 전류 값이 미리 정해진 제2기준치 미만이면 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 스턱 상태가 유지되는 것으로 판단한다(S307, S309, S313, S315, S317). 예를 들어, 본 발명에서 제2기준치는 5A 일 수 있다.
해제 동작을 수행하는 중에 제2시간을 초과하면, 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작의 경우 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 제2시간 동안 수행한다(S307, S309, S311, S315). 그리고, 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작의 경우 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 제2시간 동안 수행한다(S311, S313, S315, S305).
이러한 과정을 미리 정해진 제3시간 동안 반복한다(S309, S315). 예를 들어, 본 발명에서 제3시간은 1초일 수 있다.
제3시간을 초과할 때까지 모터 최대 소비 전류 값이 미리 정해진 제2기준치 이상이면 스턱 상태 해제에 실패한 것으로 판단한다(S321).
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 시프트 제어 시스템에서 스턱 상태 시 동작 타이밍을 도시한 것이다.
도 12 및 도 13은 특정 조건 하에서 시프트 제어 시스템에 대한 스턱 상태시 동작 타이밍을 도시한 것이다.
도 12 및 도 13의 실시예에서 주어진 조건은 다음과 같다.
부하 토크는 스턱(STUCK) 상태이다 즉, 액트(ACT)는 고정이고, RPM은 0인 상태이다. 그리고, DUTY 제어는 100%이고, 최대 소비 전류는 20A이고, 시험 전압은 12V이고, 스턱(STUCK) 해제 동작 시간은 0.1s이고, 스턱 해제 휴지 시간은 0.1s이고, 스턱 해제 전체 시간은 1.0s이다.
도 12는 낫 파킹 동작 중 스턱 발생 시 파킹 방향으로 해제 동작이 이루어지는 경우의 동작 타이밍도이고, 도 13은 파킹 동작 중 스턱 발생 시 낫 파킹 방향으로 해제 동작이 이루어지는 경우의 동작 타이밍도이다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
48 시프트 제어 장치 42 엑츄에이터
102 샤프트 100 디텐트 플레이트
104 로드 108 파킹 기어
106 파킹 로크 폴 110 디텐트 스프링
112 롤러 20 P 스위치
40 ECU 42 엑츄에이터
46 감지수단 48 시프트 제어 장치
201 제1벽 202 제2벽
203 제3벽 204 제4벽
301 제1각 302 제2각
303 제3각 304 제4각
120 낫 P 레인지 124 P 레인지

Claims (5)

  1. 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법에서,
    상위 제어기로부터 파킹 또는 낫 파킹 동작을 포함하는 액트 동작 신호를 수신하면, 상기 시프트 제어 시스템은 해당 액트 동작을 수행하는 단계;
    상기 시프트 제어 시스템은 해당 동작이 완료되지 않은 상태에서 모터에서 소비되는 전류 소모량이 증가하면 스턱 상태로 판단하고, 해당 액트 동작에 대한 출력을 정지하는 단계; 및
    상기 시프트 제어 시스템은 스턱 상태에서 상기 전류 소모량이 감소하면 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 시프트 제어 시스템은 상기 스턱 상태로 판단함에 있어서,
    상위 제어기로부터 수신한 액트 동작 신호가 파킹 신호이면, 롤러를 파킹 방향으로 이동시키는 액트 동작을 수행하는 단계;
    파킹 동작 중에 롤러가 파킹 위치에 도달하지 않은 상태에서, 파킹 동작이 개시된 이후 미리 정해진 제1시간을 초과하고, 모터에서 소비되는 전류인 모터 소비 전류가 제1기준치 이상이면, 스턱 상태로 판단하고 파킹 동작에 대한 출력을 정지하는 단계;
    상위 제어기로부터 수신한 액트 동작 신호가 낫 파킹 신호이면, 롤러를 낫 파킹 방향으로 이동시키는 액트 동작을 수행하는 단계; 및
    낫 파킹 동작 중에 롤러가 낫 파킹 위치에 도달하지 않은 상태에서, 낫 파킹 동작이 개시된 이후 미리 정해진 제1시간을 초과하고, 모터에서 소비되는 전류인 모터 소비 전류가 제1기준치 이상이면, 스턱 상태로 판단하고 낫 파킹 동작에 대한 출력을 정지하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 시프트 제어 시스템은 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하는 단계에서,
    파킹 동작 중에 발생한 스턱인 경우, 미리 정해진 제2시간 동안 롤러를 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 수행하는 단계;
    낫 파킹 동작 중에 발생한 스턱인 경우, 미리 정해진 제2시간 동안 롤러를 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 수행하는 단계; 및
    해제 동작을 수행하는 동안 측정된 모터 최대 소비 전류 값이 미리 정해진 제2기준치 미만이면 스턱 상태가 해제된 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 스턱 상태가 유지되는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 해제 동작을 수행하는 중에 제2시간을 초과하면, 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작의 경우 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 제2시간 동안 수행하고, 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작의 경우 낫 파킹 방향으로 이동시키는 해제 동작을 제2시간 동안 수행하고, 이러한 과정을 미리 정해진 제3시간 동안 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3시간을 초과할 때까지 상기 모터 최대 소비 전류 값이 미리 정해진 제2기준치 이상이면 스턱 상태 해제에 실패한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 시프트 제어 시스템에서의 스턱 상태 판단 및 해제 방법.
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